Pobierz - Chemia VII LO Zielona Góra

Karta pracy I/2a
Stechiometria równań reakcji chemicznych, objętość gazów w warunkach odmiennych
od warunków normalnych (0oC 273K, 273hPa)
I.
Stechiometria równań reakcji chemicznych – interpretacja równań reakcji
1. Równanie reakcji chemicznej – zapis przebiegu reakcji chemicznej za pomocą symboli,
wzorów i znaków.
Dane jest równanie reakcji:
Substraty reakcji
3 MgCO3
+
2 Al
3 cząsteczki
+
2 cząsteczki
(atomy)
3 mole
+
2 mole
3 ∙ 84g
+
2 ∙ 27g
3 ∙ 6,02∙1023cz.
3 mole
R
e
+ 2 ∙ 6,02∙1023cz.
+
2 ∙ 27g
a
g
e







n
Produkty reakcji
3 Mg
+
Al2(CO3)3
3 cząsteczki
+
1 cząsteczka
(atomy)
3 mole
+
1 mol
3 ∙ 24g
+
1 ∙ 234g
Interpretacja
atomowocząsteczkowa
molowa
masowa
reagentów
23
23
liczby
molekuł
3 ∙ 6,02∙10 cz. +
6,02∙10 cz.
23
mieszana
3 ∙ 6,02∙10 cz. +
1 ∙ 234g
t
y
=
substraty + produkty reakcji
2. Objętość molowa gazów - mol dowolnego gazu w warunkach normalnych 273K i
1013hPa zajmuje taką samą objętość 22,4dm3: Vmol = 22,4dm3/mol, co jest
jednoznaczne że w tej objętości i w tych warunkach znajduje się tyle samo
cząsteczek/atomów dowolnego gazu, jest to liczba Avogadro – NA = 6,02 ∙ 1023/mol
Dane jest równanie reakcji:
Substraty reakcji
Fe2O3
+
3 H2
1 cząsteczki
+
3 cząsteczki
(atomy)
1 mol
+
3 mole
160g
+
3 ∙ 2g





1 ∙ 6,02∙1023cz.
+
3 ∙ 6,02∙1023cz.

160g
+
3 ∙ 22,4dm3

1 ∙ 6,02∙1023cz.
R
e
+
a
3 ∙ 22,4dm3
g
e

n
Produkty reakcji
2 Fe
+
3 H2 O
2 cząsteczki
+
3 cząsteczka
(atomy)
2 mole
+
3 mol
2 ∙ 56g
+
3 ∙ 18g
Interpretacja
atomowocząsteczkowa
molowa
masowa
reagentów
liczby
2 ∙ 6,02∙1023cz. + 3 ∙ 6,02∙1023 cz.
molekuł
masowo2 ∙ 56g
+
3 ∙ 18g
objętościowa
mieszana
2 mole
+
3 ∙ 18g
t
y
=
substraty + produkty reakcji
Uwaga: interpretacja mieszania jest przydatna, gdy w treści zadania do równania reakcji
chemicznej dane dotyczące substratów i produktów reakcji są ujęte w różnych
jednostkach miar przez co unika się kilkukrotnych przeliczeń, zaleca się zawsze dokonać
interpretacji molowej.
3. Prawo zachowania masy – dla każdej reakcji chemicznej masa wszystkich substratów
jest równa masie wszystkich produktów, czyli taka sama masa substancji występuje przed
i po przemianie chemicznej
2 Ag
+ I2

2AgI
2 ∙ 107g + 2 ∙ 127g =
2 ∙ 234 g
4. Prawo Gay-Lussaca (stałych stosunków objętościowych) – w reakcjach chemicznych
objętości reagentów gazowych, mierzone w tych samych warunkach
ciśnienia
i temperatury, pozostają do siebie w stosunkach licz naturalnych
3H2
+
N2
 2NH3
3
3
3 ∙ 22,4dm
+ 1 ∙ 22,4dm  2 ∙ 22,4dm3
22,4 dm3
+ 7,466dm3  14,933 dm3
3 dm3
+
1dm3
 2dm3
3
:
1
:
2
Przykład:
Oblicz, jaką objętość w warunkach normalnych zajmował tlenek węgla(II) niezbędny do redukcji
0,25 mola tlenku żelaza(III) oraz oblicz ile otrzymano cząsteczek tlenku węgla(IV) i gramów żelaza
metalicznego jeżeli reakcja zaszła z wydajnością 100% wg równania: Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2
Rozwiązanie:
 Interpretacja wynikająca z treści zadania:
Fe2O3
+
3 CO

2 Fe
+
3 CO2
1mol
+
3 mole

2 mole
+
3 mole
1mol
+
3 ∙ 22,4dm3 
2 ∙ 56g
+
3 ∙ 6,02 ∙ 1023cz.
 Obliczenie objętości CO w warunkach normalnych:
1 mol Fe2O3 --------------- 3 ∙ 22,4dm3 CO
0,25 mola Fe2O3 --------x
--------------------------------------------------
 Obliczenie liczby cząsteczek CO2
1 mol Fe2O3 --------------- 3 ∙ 6,02 ∙ 1023 cz. CO2
0,25 mola Fe2O3 --------x
--------------------------------------------------
 Obliczenie liczby gramów metalicznego żelaza
1 mol Fe2O3 --------------- 2 ∙ 56g
0,25 mola Fe2O3 --------x
--------------------------------------------------
5. Objętość gazów w warunkach różnych od warunków normalnych –
równanie Clapeyrona
 Gaz doskonały (hipotetyczny), dla którego przyjmuje się następujące założenia:
 Cząsteczki gazu nie oddziałują między sobą (oprócz chwili zderzenia)
 Cząsteczki gazu mają znikomo małą objętość, traktuje się je jako punkty materialne,
 Cząsteczki poruszają się chaotycznie od zderzenia do zderzenia, zderzenia są sprężyste
 Ciśnienie, objętość i temperaturę gazu doskonałego wiąże ze sobą równanie Clapeyrona
(równanie stanu gazu doskonałego – prawo gazu doskonałego)
pV = nRT gdzie:
 p – ciśnienie w [hPa]
 V – objętość w [dm3],
 n – liczba moli gazu [mol],
 R – stała gazowa
 R = 83,1 hPa∙dm3∙mol-1∙K-1 (jeżeli p = [hPa]; hPa = 100Pa);
 R = 8,31 J∙K-1∙mol-1 (jeżeli p = [Pa]);
 T – temperatura w [K], T[K] = 273 + t(oC) .
 Po podstawieniu za
do wzoru Clapeyrona można wyprowadzić wzór na masę molową
gazu
 Na podstawie równania Clapeyrona można wyznaczyć również gęstość gazu:
Przykład 1
W nadmiarze wodnego roztworu NaOH całkowicie roztworzono 4,5g glinu. Powstający gaz
zebrano do balonu, oblicz objętość otrzymanego gazu jeżeli temp. gazu wynosiła 65oC a ciśnienie
w balonie wynosiło 1300hPa a reakcja przebiegła wg równania:
6 NaOH + 2 Al + 6H2O  2 [Al(OH)6]Na3 + 3 H2
Rozwiązanie:
 Interpretacja równania reakcji wynikająca z treści zadania:
6 NaOH + 2 Al + 6 H2O  2 [Al(OH)6]Na3 + 3 H2
6 moli + 2mole + 6 moli  2 mole
+ 3 mole
6 mol
+ 2 ∙ 27g + 6moli  2 mole
+ 3 mole
 Obliczenie moli wodoru w warunkach normalnych
54 g glinu --------------------------- 3 mole wodoru
4,5g glinu --------------------------- x = n
------------------------------------------------------------
 Podstawienie danych do wzoru Clapeyrona po przekształceniu:
 n = 0,35 mol, p = 1300hPa, T = 273 + 65oC = 338K,

Przykład 2
Acetylen na potrzeby przemysłowe otrzymuje się przez pirolizę metanu w temp. 1500oC
i ciśnieniu normalnym. Oblicz, jaką objętość w m3 zajmował metan w/w warunkach jeżeli w
procesie otrzymany acetylen sprężono w butlach 50 butlach o pojemności 40 dm3 pod ciśnieniem
1,5MPa, a każda z butli zawierała 5,5kg tego gazu.
Reakcja przebiega wg równania : 2 CH4  C2H2 + 3 H2
Rozwiązanie: Uwaga Dane techniczne butli nie mają przełożenia na zadanie z wyjątkiem,
że każda z nich zwiera 5,5 kg acetylenu rozpuszczonego w acetonie.
 Obliczenie masy acetylenu
 50 butli ∙ 5,5kg/butla = 275kg = 275000g
 Obliczenie liczby moli acetylenu
 M = 2MC + 2MH = 2 ∙ 12g/mol + 2 ∙ 1g/mol = 26g/mol

 Obliczenie liczby moli metanu w warunkach normalnych z równania reakcji chemicznej
2 CH4  C2H2 + 3 H2
2 mole  1 mol + 3 mole
 2 mole metanu ----------------1 mol acetylenu
x
---------------- 10577 moli acetylenu
------------------------------------------------------------- Obliczenie objętości metanu; w temp. T = 273 + 1500oC = 1773K; p = 1013hPa

Przykład 3:
W nadmiarze kwasu siarkowego roztworzono całkowicie próbkę miedzi, zebrany gaz
w warunkach standardowych (25oC i 1013hPa) zajął objętość 1,12dm3. Oblicz masę próbki
miedzi, jeżeli reakcja przebiega wg równania Cu + 2 H2SO4  CuSO4 + SO2↑ + 2H2O.
Rozwiązanie:
 Obliczenie moli SO2 w warunkach standardowych: V = 1,12dm3, p = 1013hPa, T = 298K

 Obliczenie masy próbki miedzi z równania reakcji
 Cu + 2 H2SO4  CuSO4 + SO2↑ + 2 H2O.
1 mol + 2 mole  1 mol + 1mol + 2 mole
64,5g + 2 mole  1 mol + 1mol + 2 mole
64,5g miedzi ---------- 1 mol SO2
x
---------- 0,0458 mola
--------------------------------------------
Karta pracy I/2b: Stechiometria równań reakcji chemicznych, objętość gazów
Nazwisko i imię: ……………………………………………/ ocena …………………………………
Zad.1 W warunkach standardowych (25oC i 1013hPa) w nadmiarze wody całkowicie roztworzono
pewną próbkę wapnia. Reakcja przebiegła wg. równania: Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2
Oblicz:
a) Liczbę gramów próbki wapnia jeżeli zebrany wodór w w/w warunkach zajmował
objętość 2,5dm3
b) Liczbę gramów otrzymanego wodorotlenku wapnia – Ca(OH)2
Zad.2 Tlen na potrzeby laboratoryjne można otrzymać w reakcji termicznego rozkładu
manganianu(VII) potasu, związek ten poddano rozkładowi w temp. 200oC i pod
ciśnieniem standardowym. Reakcja przebiega wg równania:
2 KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2 . Oblicz:
a) Liczbę gramów otrzymanego tlenku manganu(IV) jeżeli otrzymano 6,02∙1022
cząsteczek tlenu w w/w warunkach rozkładu,
b) Liczbę gramów KMnO4 jeżeli otrzymano w w/w warunkach 0,2 mola tlenu.
Zad. 3 Butla turystyczna zawiera 2,5kg skroplonego butanu. Oblicz:
a) Objętość w warunkach standardowych jaką zajmie powietrze atmosferyczne, w którym
tlen stanowi 1/5 objętości (20% części objętościowych) niezbędną do całkowitego
spalenia butanu w butli turystycznej jeżeli reakcja spalania butanu przebiega wg.
równania:
2 C4H10 +13 O2  8 CO2 +10 H2O.
b) Ilość gramów glukozy, którą mogą wytworzyć rośliny w procesie fotosyntezy z CO 2
powstałego w wyniku spalenia w/w ilości butanu jeżeli reakcja przebiega wg równania:
6 CO2 + 6 H2O  C6H12O6 + 6 O2
c) Objętość w warunkach standardowych wydzielonego do atmosfery tlenu przez rośliny
w procesie fotosyntezy z ppkt.b
d) Oceń/wyznacz stosunek objętościowy tlenu zużytego do spalenia w/w butanu i tlenu
powstałego w procesie fotosyntezy (ppkt. a i c)
Zad. 4* W warunkach standardowych spalono pewną ilość metanu (CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O).
Produkty spalania przepuszczono przez płuczkę wapienną [wodny roztwór Ca(OH)2].
Otrzymany biały osad odsączono, wysuszono i zważono, masa produktu wyniosła 2,5g.
Oblicz objętość spalonego metanu w w/w warunkach.
Zad. 5 Oblicz, ile gramów chlorku baru musi zawierać wodny roztwór tej soli aby wytrąć
z roztworu wszystkie jony kwasu ortofosforowego po rozpuszczeniu w wodzie 4,24g
ortofosforanu(V) potasu, jeżeli reakcji przebiega wg równania;
3 BaCl2 + 2 K3PO4  Ba3(PO4)2↓ + 6Cl- + 6 K+
[ 3 Ba2+ + 2 PO43-  Ba3(PO4)2 ]